Мезамаштабная вытворчасць / Мезавытворчасць

З дапамогай звычайных метадаў вытворчасці мы вырабляем «макрамаштабныя» структуры, якія з'яўляюцца адносна вялікімі і бачнымі няўзброеным вокам. With MESOMANUFACTURING however мы вырабляем кампаненты для мініяцюрных прылад. Mesomanufacturing таксама згадваецца як MESOSCALE MANUFACTURING or ME Мезавытворчасць перакрывае макра- і мікравытворчасць. Прыкладамі мезавытворчасці з'яўляюцца слыхавыя апараты, стэнты, вельмі маленькія рухавікі.

 

 

 

Першы падыход у мезавытворчасці - гэта скарачэнне працэсаў макравытворчасці. Напрыклад, малюсенькі такарны станок з памерамі ў некалькі дзясяткаў міліметраў і рухавіком магутнасцю 1,5 Вт вагой 100 грамаў з'яўляецца добрым прыкладам мезавытворчасці, дзе адбылося памяншэнне маштабу. Другі падыход заключаецца ў павелічэнні працэсаў мікравытворчасці. У якасці прыкладу працэсы LIGA можна павялічыць і ўвайсці ў сферу мезавытворчасці.

 

 

 

Нашы працэсы мезавытворчасці ліквідуюць разрыў паміж працэсамі MEMS на аснове крэмнія і звычайнай мініяцюрнай апрацоўкай. Мезамаштабныя працэсы дазваляюць вырабляць двух- і трохмерныя дэталі з асаблівасцямі мікраннага памеру ў традыцыйных матэрыялах, такіх як нержавеючая сталь, кераміка і шкло. Працэсы вытворчасці мезаматэрыялаў, якія ў цяперашні час даступныя для нас, уключаюць распыленне сфакусаваным іённым пучком (FIB), мікрафрэзераванне, мікратачэнне, эксімерлазерную абляцыю, фемтасекундную лазерную абляцыю і мікраэлектраразрадную (EDM) апрацоўку. У гэтых мезамаштабных працэсах выкарыстоўваюцца субтрактивные тэхналогіі апрацоўкі (г.зн. выдаленне матэрыялу), у той час як працэс LIGA з'яўляецца дадатковым мезамаштабным працэсам. Працэсы мезавытворчасці маюць розныя магчымасці і характарыстыкі прадукцыйнасці. Тэхнічныя характарыстыкі прадукцыйнасці апрацоўкі, якія цікавяць, уключаюць мінімальны памер элемента, допуск элемента, дакладнасць размяшчэння элемента, аздабленне паверхні і хуткасць выдалення матэрыялу (MRR). У нас ёсць магчымасць мезавытворчасці электрамеханічных кампанентаў, якія патрабуюць дэталяў мезамаштабу. Мезамаштабныя дэталі, вырабленыя з дапамогай субтрактивных працэсаў мезавытворчасці, валодаюць унікальнымі трыбалагічнымі ўласцівасцямі з-за разнастайнасці матэрыялаў і ўмоў паверхні, якія ствараюцца рознымі працэсамі мезавытворчасці. Гэтыя субтрактивные тэхналогіі мезамаштабнай апрацоўкі выклікаюць у нас праблемы, звязаныя з чысцінёй, зборкай і трыбалогіяй. Чысціня мае жыццёва важнае значэнне ў мезавытворчасці, таму што памер часціц мезамаштабнага бруду і смецця, якія ствараюцца ў працэсе мезаапрацоўкі, можна параўнаць з асаблівасцямі мезамаштабу. Мезамаштабнае фрэзераванне і такарная апрацоўка можа ствараць сколы і задзірыны, якія могуць закрываць адтуліны. Марфалогія паверхні і ўмовы аздаблення паверхні моцна адрозніваюцца ў залежнасці ад метаду мезавытворчасці. Дэталі мезамаштабу складаныя ў апрацоўцы і выраўноўванні, што робіць зборку праблемай, якую большасць нашых канкурэнтаў не ў стане пераадолець. Нашы паказчыкі прыбытковасці ў мезавытворчасці значна вышэйшыя, чым у нашых канкурэнтаў, што дае нам перавагу ў магчымасці прапаноўваць лепшыя цэны.

 

 

 

МЕЗАМАШТАБНЫЯ ПРАЦЭСЫ АБРАБОТКІ: нашы асноўныя метады мезавытворчасці - гэта сфакусаваны іённы пучок (FIB), мікрафрэзераванне і мікратакарная апрацоўка, лазерная мезаапрацоўка, мікра-EDM (электраразрадная апрацоўка)

 

 

 

Мезавытворчасць з выкарыстаннем сфакусаванага іённага пучка (FIB), мікрафрэзеравання і мікратачэння: FIB распыляе матэрыял з нарыхтоўкі шляхам бамбардзіроўкі прамянём іёнаў галію. Нарыхтоўка ўсталёўваецца на набор дакладных прыступак і змяшчаецца ў вакуумную камеру пад крыніцай галію. Этапы перамяшчэння і кручэння ў вакуумнай камеры робяць розныя месцы на загатоўцы даступнымі для пучка іёнаў галію для мезавытворчасці FIB. Наладжвальнае электрычнае поле скануе прамень, каб пакрыць загадзя вызначаную спраектаваную вобласць. Патэнцыял высокага напружання прымушае крыніцу іёнаў галію паскарацца і сутыкацца з нарыхтоўкай. Сутыкненні выдаляюць атамы з нарыхтоўкі. Вынікам працэсу мезаапрацоўкі FIB можа быць стварэнне амаль вертыкальных граняў. Некаторыя даступныя нам FIB маюць дыяметр прамяня да 5 нанаметраў, што робіць FIB мезамаштабай і нават мікрамаштабай. Мы ўсталёўваем мікрафрэзерныя інструменты на высокадакладных фрэзерных станках на апрацоўчыя каналы з алюмінія. Выкарыстоўваючы FIB, мы можам вырабляць мікратакарныя інструменты, якія затым можна выкарыстоўваць на такарным станку для вырабу стрыжняў з тонкай разьбой. Іншымі словамі, FIB можа быць выкарыстаны для апрацоўкі цвёрдых інструментаў, акрамя непасрэднай меза-апрацоўкі кантавой дэталі. Нізкая хуткасць выдалення матэрыялу зрабіла FIB непрактычным для непасрэднай апрацоўкі вялікіх дэталяў. Аднак цвёрдыя інструменты могуць выдаляць матэрыял з уражлівай хуткасцю і валодаюць дастатковай трываласцю для некалькіх гадзін апрацоўкі. Тым не менш, FIB практычны для непасрэднай меза-апрацоўкі складаных трохмерных формаў, якія не патрабуюць значнай хуткасці здымання матэрыялу. Працягласць экспазіцыі і вугал падзення могуць моцна паўплываць на геаметрыю непасрэдна апрацаваных элементаў.

 

 

 

Лазерная мезавытворчасць: эксімерныя лазеры выкарыстоўваюцца для мезавытворчасці. Эксімерны лазер апрацоўвае матэрыял, пульсуючы яго нанасекунднымі імпульсамі ультрафіялетавага святла. Дэталь мантуецца на дакладныя паступальныя прыступкі. Кантролер каардынуе рух нарыхтоўкі адносна нерухомага ультрафіялетавага лазернага прамяня і каардынуе падачу імпульсаў. Тэхніка праекцыі маскі можа быць выкарыстана для вызначэння геаметрыі мезаапрацоўкі. Маска ўстаўляецца ў пашыраную частку прамяня, дзе плынь лазера занадта нізкая для выдалення маскі. Геаметрыя маскі памяншаецца праз лінзу і праецыруецца на дэталь. Гэты падыход можа быць выкарыстаны для апрацоўкі некалькіх адтулін (масіваў) адначасова. Нашы эксімерныя і YAG-лазеры могуць выкарыстоўвацца для апрацоўкі палімераў, керамікі, шкла і металаў з памерам элементаў да 12 мікрон. Добрае ўзаемадзеянне паміж даўжынёй хвалі УФ-выпраменьвання (248 нм) і нарыхтоўкай пры лазернай мезавытворчасці/мезаапрацоўцы прыводзіць да вертыкальных сценак канала. Больш чысты метад лазернай мезаапрацоўкі заключаецца ў выкарыстанні тытан-сапфіравага фемтасекунднага лазера. Выяўленае смецце з такіх працэсаў мезавытворчасці - гэта часціцы нанапамеру. Элементы памерам у адзін мікрон можна мікрафабрыкаваць з дапамогай фемтасекунднага лазера. Працэс фемтасекунднай лазернай абляцыі унікальны тым, што ён разрывае атамныя сувязі замест тэрмічнай абляцыі матэрыялу. Працэс фемтасекунднай лазернай мезаапрацоўкі / мікраапрацоўкі займае асаблівае месца ў мезавытворчасці, таму што ён чысцейшы, можа працаваць у мікронах і не залежыць ад матэрыялу.

 

 

 

Мезавытворчасць з выкарыстаннем Micro-EDM (электраразрадная апрацоўка): электраэрозная апрацоўка выдаляе матэрыял з дапамогай працэсу іскравай эрозіі. Нашы мікра-ЭДМ-машыны могуць ствараць элементы памерам да 25 мікрон. Для грузіла і драцяной мікраэлектроэразійнай машыны двума асноўнымі фактарамі для вызначэння памеру элемента з'яўляюцца памер электрода і зазор над задняй часткай. Выкарыстоўваюцца электроды дыяметрам крыху больш за 10 мікрон і памерам усяго некалькі мікрон. Стварэнне электрода складанай геаметрыі для машыны EDM патрабуе ноу-хау. І графіт, і медзь папулярныя ў якасці электродных матэрыялаў. Адным з падыходаў да вырабу складанага грузільнага электрода EDM для мезамаштабнай дэталі з'яўляецца выкарыстанне працэсу LIGA. Медзь, як электродны матэрыял, можна пакрываць у формы LIGA. Затым медны электрод LIGA можа быць усталяваны на грузіле EDM для мезавытворчасці дэталі з іншага матэрыялу, напрыклад з нержавеючай сталі або ковару.

 

 

 

Ні адзін працэс мезавытворчасці не з'яўляецца дастатковым для ўсіх аперацый. Некаторыя мезамаштабныя працэсы больш шырокія, чым іншыя, але кожны працэс мае сваю нішу. Часцей за ўсё нам патрабуюцца розныя матэрыялы для аптымізацыі прадукцыйнасці механічных кампанентаў, і мы адчуваем сябе камфортна з традыцыйнымі матэрыяламі, такімі як нержавеючая сталь, таму што гэтыя матэрыялы маюць доўгую гісторыю і вельмі добра ахарактарызаваны на працягу многіх гадоў. Працэсы мезавытворчасці дазваляюць выкарыстоўваць традыцыйныя матэрыялы. Тэхналогіі субтрактивной мезомаштабнай апрацоўкі пашыраюць нашу матэрыяльную базу. Пры камбінаванні некаторых матэрыялаў у мезавытворчасці можа быць праблема з раздражненнем. Кожны канкрэтны працэс мезамаштабнай апрацоўкі адназначна ўплывае на шурпатасць і марфалогію паверхні. Мікрафрэзераванне і мікратачэнне могуць выклікаць задзірыны і часціцы, якія могуць выклікаць механічныя праблемы. Micro-EDM можа пакінуць адліты пласт, які можа мець асаблівыя характарыстыкі зносу і трэння. Эфекты трэння паміж мезамаштабнымі часткамі могуць мець абмежаваныя кропкі судакранання і недакладна мадэлююцца мадэлямі павярхоўнага кантакту. Некаторыя тэхналогіі мезамаштабнай апрацоўкі, такія як мікра-ЭДМ, дастаткова развітыя, у адрозненне ад іншых, такіх як фемтасекундная лазерная мезаапрацоўка, якія ўсё яшчэ патрабуюць дадатковай распрацоўкі.